节水节能技术在绿色建筑给排水设计中的运用研究

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张红 王晓倩

山东圣凯建筑设计咨询有限公司 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司胶州分公司

摘要

随着社会经济的快速发展,建筑行业的能源消耗和水资源消耗日益增长,大量的资源浪费和环境污染问题日益突出。发展绿色建筑已成为建筑行业转型升级、实现可持续发展的必然选择。而给排水系统作为建筑不可或缺的组成部分,其节水节能化设计是实现建筑绿色化的重要途径。本文在阐述绿色建筑给排水设计内涵与要求的基础上,分析了节水节能技术在绿色建筑给排水设计中的应用现状,提出了优化系统设计、推广节水器具、加强非传统水源利用、应用节能技术、推广智能化管理等节水节能设计策略,以期为建筑给排水设计的节水节能提供参考。


关键词

绿色建筑;给排水设计;节水技术;节能技术

正文


引言建筑业作为国民经济支柱产业在推动城市化进程、改善人居环境方面发挥着重要作用。传统的粗放式建筑模式浪费资源污染环境已不适应经济社会可持续发展要求。发展节能环保、低碳经济已成为建筑行业的必然选择。党的二十大以来以习近平同志为核心的党中央高度重视生态文明建设将其纳入“五位一体”总体布局推动形成绿色发展方式和生活方式。在此背景下发展绿色建筑已成为建筑行业转型升级的重要方向。

一、绿色建筑给排水设计的内涵与要求

绿色建筑给排水设计的概念

绿色建筑给排水设计是指运用系统工程的理论和方法在满足建筑使用功能和卫生要求的基础上通过优化给排水系统形式和参数合理选用节水节能技术和设备最大限度地实现水资源的梯级利用和能源的梯级利用达到建筑全寿命周期内综合环境效益最优的给排水系统设计。可以看出绿色建筑给排水设计不同于传统给排水设计其更加注重资源综合利用效率和全寿命周期环境效益强调用水安全和舒适的同时兼顾节水环保体现了可持续发展理念。绿色建筑给排水设计涵盖节水型洁具、高效净水设备、非传统水源利用、热回收技术等诸多节水节能技术的应用贯穿从建筑物取水、输配水、用水、排水到水处理全过程覆盖从方案设计、施工建造到运行维护全生命周期。

绿色建筑给排水设计的原则

绿色建筑虽然更加强调节能环保但建筑给水排水的安全性和可靠性始终是第一位的。设计应确保生活饮用水水质达标杜绝管网污染保证居民身体健康设计应充分考虑用水高峰和事故工况合理设置调蓄水池和应急水源确保居民正常生活用水和消防用水设计应因地制宜选择给排水形式实现安全可靠运行。绿色建筑给排水设计在满足使用要求的基础上应充分考虑工程造价和运行成本不盲目追求高投入、高技术而要从建筑的实际出发因地制宜经济适用。设计应优先选择投资省、见效快的节水节能技术对部分投资大、见效慢的节能环保设施应慎重考虑要充分利用当地水资源条件和气候特征因地制宜地选用雨水、再生水等非传统水源要合理确定设计参数和设备规格在节约投资的同时为建筑的节水节能创造良好条件。

绿色建筑给排水设计的内容

用水定额和水量平衡绿色建筑应根据不同用途合理确定用水定额既要满足使用需求又要体现节约要求应测算各类用水比例绘制水量平衡图优化用水结构最大限度地利用非传统水源提高水资源利用效率。给水系统设计应根据建筑类型、规模、当地水资源状况等合理选择市政管网供水、区域供水等给水方式加压方式宜采用变频调速供水设备提高系统运行效率合理分区设置给水管网做好用水分类、分质供水采用节水型洁具,选用感应式、定时式、调时式给水设备加强二次供水水质安全管理有条件的可设置直饮水供水系统。热水系统设计根据建筑物的用途、规模合理选择集中与分散相结合的热水供应方式宜采用太阳能、空气源热泵等可再生能源制取生活热水提倡采用热水循环系统并设置热回收装置要加强生活热水水质处理采取科学的水质软化、除垢等措施。

二、节水节能技术在绿色建筑给排水设计中的应用现状

节水技术应用现状

目前在我国绿色建筑给排水设计中节水技术主要包括节水器具、非传统水源利用、分质供水、智能化用水管理等。节水型洁具如节水型坐便器、小便斗、水嘴在普通住宅中已得到广泛应用在公共建筑中也有较高的普及率。如在学校、医院、宾馆等公共场所采用感应式水龙头、定时冲洗阀已较为常见。雨水收集利用技术近年来发展较快尤其在水资源短缺地区和大体量公共建筑中得到较多应用。据不完全统计目前我国已有200多个城市开展了雨水利用工作建成了一大批雨水收集利用项目。如深圳市图书馆采用屋面雨水收集系统雨水经收集、沉淀、过滤、消毒后用于绿化浇灌、道路冲洗等[6]。再生水回用技术的应用也逐步拓展在写字楼、宾馆、小区等建筑中中水处理系统日益普及。如上海世博园区采用再生水回用系统中水处理后用于绿化、道路冲洗和卫生器具冲洗中水回用率达30%以上。

节能技术应用现状

在绿色建筑给排水设计中节能技术主要包括可再生能源利用、热回收技术、高效节能设备等。太阳能热水系统已在广大城乡得到推广应用。“十二五”以来我国太阳能热水行业持续快速发展空气源热泵技术近年来发展较快在夏热冬冷地区得到一定应用。地源热泵技术正在兴起在大型公共建筑和生态社区中崭露头角。污水源热泵技术是近年来兴起的新技术在大型公建和高層住宅中具有良好的应用前景。如香港新机场采用污水源热泵系统日处理污水1.2万立方米产生的热量可满足机场19%的空调负荷需求。在热水管道设计中热水循环系统、管道保温等节能技术已得到广泛应用。随着热回收技术的进步中水热回收、污水热回收、烟气余热回收等新技术日益受到关注供热系统设计中变频调速水泵、高效换热器等节能设备已成为主流选择。

三、节水节能技术在绿色建筑给排水设计中的应用策略

优化系统设计提高节水节能效果

在给排水系统设计中要从建筑的实际情况出发因地制宜地优化系统形式最大限度地提高节水节能效果。供水系统设计应根据当地水资源条件、建筑物的特点合理选择高位水箱供水、变频调速供水、气压供水等供水方式优化供水系统运行参数降低输配电能耗。用水系统设计应加强用水分类管理推行分质供水生活饮用水优先采用市政自来水非饮用杂用水优先采用雨水、中水合理划分用水分区避免管径过大减少输配水阻力损失。可采用机械连通、串级利用等方式提高水资源重复利用率。合理设置卫生器具减少管道局部阻力损失。充分利用重力流减少能耗。热水系统设计宜因地制宜采用太阳能、空气源热泵、污水源热泵等可再生能源制备生活热水并优先采用热水循环系统减少放水热损失[1]。排水系统应因地制宜地布置雨水排放系统充分收集屋面及地面雨水提高雨水利用率。加强水质分类收集污废水分类处理提高水资源回收利用率。采用新型高效油水分离装置、隔油装置提高餐饮废水处理效果。采用变频调速排水设备,减少污水提升能耗。

推广节水器具减少不必要用水损失

在建筑物的设计和施工中要积极采用节水型洁具,减少不必要的用水损失提高水资源利用效率。如普通水嘴的出水量一般在每分钟515升而带有起泡装置的节水型水嘴出水量可降低50%左右普通马桶每次用水量为9升而节水型马桶可降低至36升。可见大力推广节水型洁具,可明显降低居民日常用水量。建筑给水设备选型时应充分考虑设备的节水性能。优先选择感应式、定时式、调时式给水设备避免“长流水”现象发生。如感应式小便斗比脚踏式小便斗节水30%以上。不同区域应根据人流量、使用时间等合理选用感应距离、启闭时间避免过度用水在用水器具安装过程中应选择节水型密封圈和垫片减少接口渗漏。冷热水系统应分别设置计量装置及时发现非正常用水杜绝“跑、冒、滴、漏”加强节水器具的日常维护管理及时更换老化的密封件保证节水效果。对于公共场所要加大节水器具的日常巡查力度及时处理故障隐患。

加强非传统水源利用提高水资源利用效率

我国人均水资源占有量不足世界平均水平的1/4是一个水资源相对匮乏的国家。而随着经济社会的快速发展缺水问题日益突出开发利用非传统水源已成为缓解供需矛盾的必然选择。雨水是一种清洁、优质的非传统水资源加强建筑雨水收集利用对于缓解城市内涝、改善水环境、提高水资源利用效率具有重要意义。设计中应因地制宜地设置雨水收集系统通过屋面、道路、绿地渗透等收集雨水经调蓄、沉淀、过滤后回用于冲厕、洗车、绿化、景观用水等。如北京某小区雨水收集利用项目年收集雨水1.5万立方米节水率达13%[3]。随着城市污水处理设施的不断完善再生水已成为一种新兴的非传统水源加强再生水回用不仅可以节约淡水资源还可以减轻污水处理负荷具有显著的环境效益和经济效益。目前污水再生回用已在工业冷却、城市杂用、景观环境、农业灌溉等领域得到广泛应用。在绿色建筑中要积极推进中水回用采用成熟可靠的物化和生物处理工艺加强水质监测确保水质安全提高中水回用率。如深圳市民中心采用中水回用系统对生活污水进行处理回用中水回用率达50%以上。在沿海和岛屿地区可因地制宜开发利用海水淡化水源在缺水地区可根据当地水文地质条件合理开采地下水资源还可利用空调冷凝水、洗浴水等各类杂排水经收集处理后回用于建筑杂用。绿色建筑要树立节水优先的理念统筹利用各种非传统水资源最大限度地实现水资源的梯级利用进而达到节水与环保的双重目标。

应用节能技术降低系统能耗

建筑给排水系统能耗主要包括输配水、供热、污水处理提升等环节的电耗和热耗。通过应用先进适用的节能新技术可显著降低系统能耗提高能源利用效率。在供水系统中应根据建筑类型、用水规律等合理选择变频调速供水设备实现恒压供水的同时降低电耗。供水管网应优化布置控制管网漏损率减少输配水过程中的水头损失和电耗[4]。在热水系统中应因地制宜采用太阳能、空气源热泵、污水源热泵等可再生能源制备生活热水减少化石燃料消耗。宜设热水循环系统并采取可靠的热(冷)量梯级利用措施如设置热回收装置充分回收排水、污水余热。应加强生活热水水质处理采用高效节能的水处理设备降低水质软化、除垢等处理环节的电耗、药耗。在排水系统中应合理选用高效节能的排水设备优化设备工况降低电耗。可采用太阳能供电、污水源热泵等综合利用排水能源变废为宝。污水处理设施应因地制宜选择曝气生物滤池、生物接触氧化法等低耗能工艺加强污泥的无害化处理和资源化利用实现减量化、稳定化和无害化。

推广智能化管理实现节水节能精细化控制

随着物联网、云计算、大数据等新一代信息技术的快速发展智能化已成为建筑业发展的大势所趋。将智能化技术与节水节能深度融合推行智慧水务管理对于提高节水节能管理水平实现节水节能的精细化控制具有重要意义。在用水计量方面应大力推广智能水表对用水量进行实时监测、统计和分析及时掌握用水规律发现非正常用水在用水控制方面应采用定时、定量、调时等智能控制装置避免“长流水”和过度用水现象在二次供水管理方面应搭建智慧水务管理平台对二次供水水质、水压实现实时在线监测保障居民饮用水安全在管网漏损控制方面应建立智能化管网监测系统通过流量、水压等参数的实时监控及时发现管网漏损情况降低漏损率在水资源优化配置和调度方面应整合分析海量监测数据优化调度运行参数最大限度地实现水资源梯级利用。在节能运行管理方面可通过分项计量、能耗数据采集实现对系统能耗的实时监测和统计分析为节能诊断、改造提供数据支撑。可开展能效对标找出薄弱环节制定节能降耗措施。将用能数据接入智慧建筑管理平台实现水、热、电等能源的统一管理、联动控制进一步挖掘节能潜力要加强节能环保设施的智能化运维管理运用大数据分析等技术对设备工况进行诊断对设备故障进行预警对运行策略进行优化实现设备的智慧节能运行[5]

结语

发展绿色建筑是建筑行业转型发展、助力生态文明建设的必由之路。而节水节能化的给排水设计是绿色建筑的重要组成部分对于推动行业节能减排、提高资源能源利用效率意义重大。目前在国家大力发展绿色建筑的政策推动下绿色建筑给排水设计蓬勃发展节水节能新技术新产品不断涌现但相关标准规范还不完善技术集成应用水平还有待提高管理体制机制创新还有待深化。

参考文献

[1] 杨洪海.关于绿色建筑给排水设计的节水措施探究[J].中文科技期刊数据库(引文版)工程技术, 2022(17).

[2] 潘舒.绿色建筑给排水节水设计研究[J].中国设备工程, 2023(19):254-256.

[3] 王吉亮.绿色建筑给排水设计的节水措施研究[J].中国科技纵横, 2022(18):30-32.

[4] 马思宁.绿色建筑给排水设计中的节水节能技术及设备应用研究[J].中文科技期刊数据库(引文版)工程技术, 2024(003):000.

[5] 李艾莉.绿色建筑节水节能技术及设备在建筑给排水设计中的应用[J].中国设备工程, 2023(14):248-250.

 


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